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Effet de métaux tétravalents (thorium, zirconium) sur les communautés de microorganismes d’eau douce et transfert trophique aux brouteurs.

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Doose, Caroline (2020). Effet de métaux tétravalents (thorium, zirconium) sur les communautés de microorganismes d’eau douce et transfert trophique aux brouteurs. Thèse. Québec, Doctorat en sciences de l'eau, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 204 p.

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Résumé

L’intensification mondiale de la demande en métaux est à l’origine d’une remobilisation de plus en plus importante de ces éléments dans les milieux aquatiques. L’écotoxicité des métaux tétravalents dans les milieux aquatiques reste actuellement peu étudiée. La caractérisation de la prise en charge et des effets du thorium (Th) et du zirconium (Zr) sur les producteurs primaires, et sur les communautés de microorganismes autotrophes, permettrait de mieux prévenir la dégradation et l’exposition des écosystèmes aquatiques en contribuant à l’amélioration d’outils de biosuivi de la contamination métallique. Des expériences de prise en charge à court terme ont été effectuées afin de déterminer le flux d’internalisation du Th et du Zr dans des microalgues. Contrairement à ce que l’on observe habituellement avec les éléments de valence inférieure, aucune relation linéaire n’a été obtenue entre la quantité de métal internalisé dans les cellules et le temps d’exposition suggérant une importante adsorption par rapport à l’internalisation. Des expériences de fractionnement subcellulaire ont montré que le Th s’associe aux granules et aux organites avec des concentrations de Th intracellulaire total similaires à celles des expériences de prise en charge. Cette répartition représente un risque modéré de toxicité pour les cellules algales et de transfert trophique pour les brouteurs. Afin d’examiner les effets potentiels à l’échelle de la communauté, du biofilm cultivé en laboratoire a été exposé à ces métaux en microcosmes et sa structure taxonomique a été déterminée par microscopie (microméiofaune et diatomées) et par séquençage d’ARN 16s (bactéries). Les résultats montraient que ces métaux perturbaient les structures taxonomiques des communautés étudiées par des effets directs (diminution de croissance et d’abondance de certain taxon) et indirects (augmentation de l’abondance de certain taxon). Lors d’une expérience de transfert trophique, les escargots nourris au biofilm exposé ont accumulé plus de Th. Leurs compositions en acides gras différaient de celles des escargots témoins, avec une baisse significative des acides gras polyinsaturés (oméga 3 et oméga 6) jouant des rôles essentiels dans la physiologie de ces organismes. Dans ces travaux, la présence du Th et du Zr à des concentrations environnementalement réalistes a montré des effets sur la structure taxonomique des communautés périphytiques. Dans le cas du Th, la bioaccumulation ainsi que les modifications du biofilm associées à l’exposition ont engendré des changements dans sa qualité nutritionnelle. Ces changements ont également perturbé la composition en acide gras et la prise alimentaire du brouteur utilisé, l’escargot. Ainsi, à la lumière de nos résultats, il semble que ces métaux peuvent présenter un risque pour les biofilms et leurs brouteurs. Ce travail montre la pertinence de continuer à étudier leurs effets sur les organismes présents dans ces milieux, à différents niveaux d’organisation biologique et trophique.

Rising global demand for metals increases their remobilization in aquatic environments. The ecotoxicity of tetravalent metals in aquatic environments is still poorly studied. Characterization of the Th and Zr uptake and effects on primary producers, and on microbial communities, will contribute to improve the risk assessment of metallic contamination in aquatic ecosystems. Shortterm uptake experiments were conducted to determine the internalization flux of Th and Zr in microalgae. Contrary to what is usually observed with lower-valence elements, no linear relationship was obtained between the amount of metal internalized in the cells and the exposure time. Subcellular fractionation experiments showed that Th associates with granules and organelles, and total intracellular Th concentrations were similar to those in the short-term uptake experiments. This distribution represents a moderate risk of toxicity to algal cells and of trophic transfer to grazers. To probe the impacts of these metals to the primary producer community, biofilms were exposed to Th and Zr in microcosms and their taxonomic structures were determined by microscopy (micromeiofauna and diatoms) and 16s RNA sequencing (bacteria). The results showed that these metals disrupted the taxonomic structures of the communities studied through direct and indirect effects. In a trophic transfer experiment, snails fed with the exposed biofilm accumulated more Th and their fatty acid compositions differed from those of the control snails. In this work, the presence of Th and Zr at environmentally realistic concentrations showed effects on the taxonomic structure of periphytic communities. In the case of Th exposure, bioaccumulation as well as structure perturbations in the biofilm induced changes in its nutritional quality. These changes also affected grazers such as the snail Lymnaea sp. Thus, the release of these metals may pose a risk to freshwater biofilms and their consumers. This work shows the relevance of continuing to study their effects on organisms present in these environments, at different levels of biological and trophic organization.

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Fortin, Claude
Co-directeurs de mémoire/thèse: Morin, Soizic
Mots-clés libres: biofilm périphytique ; métaux tétravalents ; transfert trophique ; qualité nutritionnelle ; contamination métallique ; bactéries ; diatomée ; microméiofaune ; acides gras ; effet indirect; periphytic biofilm tetravalent metals; trophic transfer; nutritional quality; metal contamination; bacteria; diatoms; micromeiofauna; direct effect; indirect effect
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 21 avr. 2021 14:48
Dernière modification: 06 oct. 2021 15:07
URI: https://espace.inrs.ca/id/eprint/11369

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